INFORME EQUILIBRIO TERMICOLABORATORIO DE FÍSICA II

PRESENTADO POR:

JOSE IGNACIO CASTRO CASSALETH

GRUPO:AD

PRESENTADO A:ING. HAROLD VILLAMIL AGAMEZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBEDEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

2º SEMESTRE DEL 2011

2011-09-06

1. MARCO TEORICO.

La temperatura es  una magnitud referida  a   las  nociones  comunes  de caliente o frío  (el   frio  no existe simplemente es  la ausencia de calor).  Por  lo general,  un objeto más "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la  energía interna de un sistema termodinámico,  definida por el principio cero de  la termodinámica.  Más específicamente,   está   relacionada   directamente   con   la   parte   de   la   energía   interna   conocida como "energía sensible" o energía cinética, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional,  rotacional,  o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

Dos   cuerpos   se   encuentran   en equilibrio térmico,   entonces   estos   cuerpos   tienen   la  misma temperatura. Se consideran entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica   que   al   cabo   de   un   tiempo   estos   sistemas   alcanzan   un   estado   de equilibrio termodinámico que   se   denominará   estado   de equilibrio   térmico   recíproco o   simplemente de equilibrio térmico.

La  ley cero de la termodinámica  es un postulado que indica, que si se tiene un cuerpo A con temperatura  t 1 y un cuerpo B con temperatura  t 2, si dichos cuerpos se ponen en contacto, luego de un determinado tiempo los dos alcanzaran la misma temperatura. Más tarde un tercer cuerpo C con temperatura t 3 se pone en  contacto con los dos cuerpos A y B, entonces los tres cuerpos alcanzaran la misma temperatura luego de un determinado tiempo. También esta ley se puede interpretar de otra forma, si un cuerpo A esta en equilibrio térmico con un cuerpo B, y este a su vez esta en equilibrio térmico con un cuerpo C, entonces los cuerpos A y C estarán en equilibrio térmico.

La dirección de flujo de calor la determina el cuerpo que este a menor temperatura, puesto que a este cuerpo es al cual se le transfiere el calor para llegar al equilibrio; donde el flujo de calor no existe, es nulo. Las condiciones que se necesitan principalmente, es que los dos sistemas tengan diferentes   temperaturas   inicialmente   y   que   cada   uno   de   los   sistemas   este   aislado   antes   de ponerse en contacto, luego al ponerse en contacto la transferencia de calor dará comienzo hasta que los cuerpos tengan la misma temperatura en un tiempo determinado.

2. DESARROLLO.

2.1. Trace un diagrama de las dos temperaturas del agua en función del tiempo y construya una curva T 1 (ºC) y una T 2 (ºC).

Tabla 1.

Aquí se anotaron los valores arrojados por los dos termómetros en un intervalo de 30 segundos cada uno y por último se obtuvo un valor a los 10 minutos, donde es posible observar que ya el sistema estableciendo equilibrio térmico con el ambiente, y eso es notable cuando la temperatura de ambos comienza a bajar después de un tiempo determinado.

   Tiempo (min) T 1 (ºC) T 2 (ºC)

0,5 64 34

1,0 57 38

1,5 53 41

2,0 50 42

2,5 48 44

3,0 48 45

3,5 47 46

4,0 46 46

4,5 46 46

5,0 46 46

10,0 45 45

Grafica.

Nuevamente se puede observar en la grafica desde el minuto 5 como baja la temperatura ya que el sistema en su totalidad se comienza a establecer en equilibrio térmico con el medio que lo rodea después de un determinado tiempo.

2.2. Enuncie la ley cero de la termodinámica.

La ley cero de la termodinámica es un postulado que indica, que si  se tiene un cuerpo A con temperatura  t 1 y un cuerpo B con temperatura  t 2, si dichos cuerpos se ponen en contacto, luego de un determinado tiempo los dos alcanzaran la misma temperatura. Más tarde un tercer cuerpo C con temperatura t 3 se pone en  contacto con los dos cuerpos A y B, entonces los tres cuerpos alcanzaran la misma temperatura luego de un determinado tiempo. También esta ley se puede interpretar de otra forma, si un cuerpo A esta en equilibrio térmico con un cuerpo B, y este a su vez esta en equilibrio térmico con un cuerpo C, entonces los cuerpos A y C estarán en equilibrio térmico.

2.3.

a) Explique qué ocurre cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en contacto.

Cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en contacto, como explica la ley cero de la termodinámica luego de un determinado tiempo dichos cuerpos se encontraran en equilibrio térmico,   esto   se   debe   a   la   transferencia   de   calor   que   ocurre   desde   el   cuerpo   con  mayor temperatura hacia el cuerpo con menor temperatura con el propósito de que todo el sistema se encuentre en equilibrio térmico, al momento de que varios cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto dichos cuerpos integraran un solo sistema.

b) Que condiciones se necesitan para que se produzca transferencia de calor entre dos sistemas (cuerpos).

Las   condiciones   que   se  necesitan  principalmente,   es   que   los   dos   sistemas   tengan  diferentes temperaturas   inicialmente  y  que  cada  uno  de   los   sistemas  este  aislado  antes  de  ponerse  en contacto,   luego al  ponerse en contacto  la transferencia de calor dará comienzo hasta que los cuerpos tengan la misma temperatura en un tiempo determinado.

2.4. Explique qué ocurre con el sistema experimentado una vez que se alcanza el equilibrio.

Con el sistema experimentado, entre la matraz erlenmeyer y el vaso de precipitados, una vez que se alcanza el  equilibrio  térmico,   la  temperatura comienza a descender,  esto se debe a que el sistema no se encuentra aislado totalmente hay otros cuerpos en contacto con el  sistema  los cuales influyeron en el descenso de la temperatura total del sistema, como la mesa sobre el cual se hizo la experiencia, o la temperatura ambiente del salón. Por la razón dada anteriormente, es necesario   tratar   de   eliminar   todos   los   factores   influyentes   en   este   tipo   de   experiencias,   la temperatura  ambiente   juega  un  papel   importante  puesto  que  el   sistema   también   tratara  de alcanzar  el  equilibrio   térmico  con  dicha   temperatura  ambiente,   y   la   temperatura  del   sistema seguramente  seguiría  descendiendo una vez   terminada  la  practica hasta  alcanzar  el  equilibrio térmico con todos  los factores que lo rodean. Es por esto que en la grafica después de los 5 minutos la temperatura del sistema comenzó a descender de 46 a 45 grados Celsius. 

3. CUESTIONARIO.

3.1. Explique porque es incorrecto decir que la materia contiene calor.

Los cuerpos están formados por materia,  y el calor no puede ser contenido por un cuerpo, el fenómeno del calor se llama energía cinética molecular, entre más rápido se muevan las moléculas del cuerpo el cuerpo adquirirá mayor temperatura, el calor es energía por esta razón su unidad de medida es el Joule (J), cuando se habla de transferencia de calor en realidad se está hablando de transferencia   de   energía,   y   al  momento   de   que  dos   cuerpos   alcanzan   equilibrio   térmico   las moléculas de un cuerpo le transfieren parte de su energía mediante choques a las de otro cuerpo con menor energía cinética, a fin de que la energía cinética media de todo el sistema sea la misma.

3.2. Explique porque los lagos y los tanques se congelan de arriba hacia abajo.

Cuando dos cuerpos A y B están en contacto, en este caso A es el lago o el estanque, y B el aire con temperatura  ambiental,  y  dichos  cuerpos  tienen   temperatura  diferente,  el   cuerpo  con  mayor temperatura cederá calor al cuerpo con menor temperatura a fin de alcanzar equilibrio térmico y formar un solo sistema, las partículas del cuerpo con mayor energía cinética mas cercanas a las partículas del cuerpo con menor energía cinética cederán parte de su energía mediante choques con el fin de tener una energía cinética media igual, por esta razón al ser las partículas de las superficie del lago o del estanque las más cercanas al aire con temperatura ambiente baja, dichas partículas cederán energía cinética al medio ambiente con el fin de alcanzar el equilibrio y poco a poco desde la superficie hasta el fondo del lago se alcanzara el equilibrio térmico, por esta razón es que la superficie del lago se congela primero y así seguirá congelándose el agua del lago o el estanque hasta estar en equilibrio con el aire del ambiente a baja temperatura.

3.3. Que se quiere decir cuando se afirma que un termómetro mide su propia temperatura.

Esto quiere decir que no mide la temperatura del cuerpo en contacto con el termómetro como tal si no su misma temperatura ya que el termómetro permanece en contacto con el objeto hasta alcanzar la misma temperatura del objeto, y la temperatura que es posible leer es la temperatura que alcanzo el termómetro una vez después de un determinado tiempo. Por ejemplo, cuando una persona presenta fiebre su temperatura corporal aumenta, al momento de establecer contacto con  el   termómetro,  esta   le   transfiere  calor  al   termómetro  de   tal  manera  que  el   termómetro adquiere la misma temperatura de la persona y es posible la lectura de la medición que hizo el termómetro para conocer la temperatura corporal de la persona. 

3.4. Explique el siguiente caso: Si se deja caer una piedra caliente en un cubo de agua, la temperatura de la piedra y la del agua cambiaran hasta ser ambas iguales. La piedra se enfría y el agua se calienta. ¿Es válido el mismo principio si se deja caer la piedra caliente en un lago grande?

Si es válido el mismo principio lo que sucede es que la proporción de agua o materia en este caso es   tanta   que   el   incremento   de   temperatura   del   agua   no   es   fácil   de   percibir,   la   energía   no desaparece no es posible destruirse solo se transfiere a lo largo de todas las partículas del lago.

3.5. ¿Que determina la dirección del flujo de calor entre dos cuerpos? Explique su respuesta.

La dirección de flujo de calor la determina el cuerpo que este a menor temperatura, puesto que a este cuerpo es al cual se le transfiere el calor para llegar al equilibrio; donde el flujo de calor no existe, es nulo.

4. CONCLUSIÓN.

Durante la experiencia fue posible observar, como jugaba un papel importante la ley cero de la termodinámica,  se observo gráficamente y mediante tablas  como  los sistemas en contacto se 

establecen en equilibrio térmico, mediante el choque de partículas con energía cinética mayor para   poder   transferir   calor   de  un   sistema   con  mayor   temperatura   a   un   sistema   con  menor temperatura,  ya se conocen las razones por  la cual el  calor es transferido,  y de qué forma se transfiere,   recordando siempre que el  calor  es  energía y  la  energía no se crea ni  se destruye simplemente se transfiere a lo largo de los cuerpos o la materia.

5. BIBLIOGRAFIA.

- Física Universitaria Sears and Zemansky Vol. 1- 11ª Edición. Capitulo 17. Temperatura y Calor.

- http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema3/index.htm.

- http://www.monografias.com/trabajos27/transferencia-calor/transferencia-calor.shtml.

INTRODUCCION.

La practica comenzó con una breve explicación del profesor auxiliar de laboratorio acerca de la temperatura   y  el   calor,   y   el   equilibrio   térmico,   posteriormente   se  procedió  a  dar   inicio  a   la experiencia, que esta vez trato de equilibrio térmico, ¿cuando una serie de sistemas o cuerpos se encuentran en equilibrio térmico?, ¿qué quiere decir equilibrio térmico?, y ¿cómo era posible que ocurriera eso a través de unos postulados como la ley cero de la termodinámica?. Se anotaron en una tabla los resultados, y se procedió a realizar un diagrama de los resultados obtenidos en la experiencia.   En   este   informe   esta   detallado   paso   por   paso   como   se   realizo   la   práctica   de laboratorio.